鋼軌傷損是指鋼軌在使用過程中,發(fā)生折斷、裂紋及其它影響和限制鋼軌使用性能的傷損。
鋼軌折斷是指有下列情況之一者:鋼軌全截面至少斷成兩部分;裂縫已經(jīng)貫通整個軌頭截面或軌底截面;鋼軌頂面上有長大于50mm、深大于10mm的掉塊。鋼軌折斷直接威脅行車安全,應(yīng)及時更換。鋼軌裂紋是指除鋼軌折斷之外,鋼軌部分材料發(fā)生分離,形成裂紋。
(1)側(cè)面磨耗
從工務(wù)角度來講,應(yīng)改善鋼軌材質(zhì),采用耐磨軌,例如高硬稀土軌其耐磨性是普通軌的2倍左右,淬火軌為1倍以上。
(2)波浪形磨耗
波磨可以其波長分為短波(或稱波紋)和長波(或稱波浪)兩種。波紋為波長約50~100mm,波幅0.1~0.4mm的周期性不平順;長波為波長100mm以上,3000mm以下,波幅2mm以內(nèi)的周期性不平順。
打磨鋼軌是現(xiàn)在最有效的消除波磨的措施。除此還有以下一些措施可以減緩波磨的發(fā)展:用連續(xù)焊接法消除鋼軌接頭,提高軌道的平順性;改進鋼軌材質(zhì)采用高強耐磨鋼軌,提高熱處理工藝質(zhì)量,消除鋼軌殘余應(yīng)力;提高軌道質(zhì)量,改善軌道彈性,并使縱橫向彈性連續(xù)均勻;保持曲線方向圓順,超高設(shè)置合理,外軌工作邊涂油;輪軌系統(tǒng)應(yīng)有足夠的阻力等。
鋼軌頭部允許磨耗限度主要由強度和構(gòu)造條件確定。即當鋼軌磨耗達到允許限度里,一是還能保證鋼軌有足夠的強度和抗彎剛度;二是應(yīng)保證在最不利情況下車輪緣不碰撞接頭夾板。《鐵路線路維修規(guī)則》中按鋼軌頭產(chǎn)磨耗程度的不同,分為輕傷和重傷兩類。波磨軌耗谷深超過0.5mm為輕傷軌。
接觸疲勞傷損的形成大致可分三個階段:第一階段是鋼軌踏面外形的變化,如鋼軌踏面出現(xiàn)不平順,焊縫處出現(xiàn)鞍形磨損,這些不平順將增大車輪對鋼軌的沖擊作用;第二階段是軌頭表面金屬的破壞,由于軌頭踏面金屬的冷作硬化,使軌頭工作面的硬度不斷增長,通過總質(zhì)量150~200Mt時,硬度可達HB360;此后,硬化層不再發(fā)生變化,對碳素鋼軌來說,通過總質(zhì)量200~250Mt時,在軌頭表層形成微裂紋。對于彈性非均等的線路當車輪及鋼軌肯有明顯不平順時,軌頂面所受之拉壓力幾乎相等,若存在微型紋,同時撓曲應(yīng)力與殘余應(yīng)力同號,會極大的降低鋼軌強度。第三階段為軌頭接觸疲勞的形成,由于金屬接觸疲勞強度不足和重載車輪的多次作用,當最大剪應(yīng)力作用點超過剪切屈服極限時,會使該點成為塑性區(qū)域,車輪每次通過必將產(chǎn)生金屬顯微組織的滑移,通過一段時間的運營,這種滑移產(chǎn)生積累和聚集,最終導(dǎo)致疲勞裂紋的形成。隨著軸載的提高、大運量的運輸條件、鋼軌材質(zhì)及軌型的不適應(yīng),將加速接觸疲勞裂紋的萌生和發(fā)展。
軌頭核傷是最危險的一種傷損形式,會在列車作用下突然斷裂,嚴重影響行車安全。軌頭核傷產(chǎn)一的主要原因是軌頭內(nèi)部存在微小裂紋或缺陷(如非金屬夾雜物及白點等),在重復(fù)動荷 載作用下,在鋼軌走行面以下的軌頭內(nèi)部出現(xiàn)極為復(fù)雜的應(yīng)力組合,使細不裂紋先是成核,然后向軌頭四周發(fā)展,直到核傷周圍的鋼料不足以提供足夠的抵抗,鋼軌在毫元預(yù)兆的情況下猝然折斷。所以鋼軌內(nèi)部材質(zhì)的缺陷是形成核傷的內(nèi)因,而外部荷載的作用是外因,促使核傷的發(fā)展。核傷的發(fā)展與運量、軸重及行車速度、線路平面狀態(tài)有關(guān)。為確保行車的安全,對鋼軌要定期探傷。
減緩鋼軌接觸疲勞傷損的措施有:凈化軌鋼,控制雜物的形態(tài);采用淬火鋼軌,發(fā)展優(yōu)質(zhì)重軌,改進軌鋼力學(xué)性質(zhì);改革舊軌再用制度,合理使用鋼軌;鋼軌打磨;按軌鋼材質(zhì)分類鋪軌等。